第11講碳、硅及無機(jī)非金屬材料

第一部分：高考真題感悟

I.正誤判斷，正確的打“也錯誤的打“X”

⑴河姆渡出土陶灶，屬于陶器，獸首瑪瑙杯主要成分為二氧化硅（2021?廣東，1BC）（yl）

（2）利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品，是利用了氫氟酸可與SiCh反應(yīng)（2021?廣東，4C）（T）

⑶硅酸鈉是一種難溶于水的硅酸鹽（2021.浙江6月選考，9A）（x）

（4）SiO2可用來制造光導(dǎo)纖維（2020■浙江7月選考，9B）（4）

（5）向NazSiCh溶液中滴加稀鹽酸：Na2SiO3+2H+==H2SiO31+2Na+（2019.江蘇，7D）（x）

⑹高純硅可用于制作光感電池（2019?全國卷IU,7A）（Y）

2.（2020?浙江7月選考，24）Ca3SiOs是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是（）

A.可發(fā)生反應(yīng)：Ca3SiO5+4NH4Cl=^=CaSiO3+2CaC12+4NH5t+2H2O

B.具有吸水性，需要密封保存

C.能與SO?反應(yīng)生成新鹽

D.與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiOz

【答案】D

【解析】CasSiOs可看作CaSiCh?2CaO,它與NH4cl固體混合加熱,反應(yīng)生成CaSiCh、CaCl2>NH3和H2O,

A正確；CasSiOs能夠吸水，故需要密封保存，B正確；由于H2SO3的酸性強(qiáng)于HzSiOs，CasSiOs與SO2反

應(yīng)可生成CaSCh，C正確：CasSiOs與足量鹽酸作用，析出HzSiO.a沉淀，故所得固體產(chǎn)物主要是H2SQ3,D

錯誤。

3.12019?全國卷I,7）陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。

下列說法錯誤的是（）

A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵

B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成

C.陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽

D.陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)

【答案】A

【解析】“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關(guān)，而氧化鐵顯紅棕色，A項(xiàng)錯誤；秦兵馬俑是

陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，B項(xiàng)正確：陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)贫桑瑢儆谌嗽觳牧?，主要?/p>

分是硅酸鹽，C項(xiàng)正確；陶瓷主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素化合價處于最高價，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有

耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，D項(xiàng)正確。

4.（2017.全國卷II,26）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、

鋁和鎂等金屬的氧化物。實(shí)驗(yàn)室冽定水泥樣品中鈣含量:的過程如圖所示：

回答下列問題：

⑴在分解水泥樣品過程中，以鹽酸為溶劑，氯化錢為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是

,還可以使用代替硝酸。

⑵沉淀A的主要成分是,其不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

(3)加氨水過程中加熱的目的是。

沉淀B的主要成分為、(填化學(xué)式)。

(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2sOj處理后，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定

，2+

反應(yīng)為：MnO；+H+H2C2O4—>Mn+CO24-H2Oo實(shí)驗(yàn)中稱取0.400g水泥樣品，滴定時消耗了0.0500

mol-L-1的KMnOj溶液36.00mL,則該水泥樣品中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。

3+

【答案】(1)將樣品中可能存在的Fe?+氧化為FeH2O2(2)SiO2(^H2SiO3)SiO2+4HF=SiF4+

2HQ(或H2SiO3+4HF=SiF#+3H2O)(3)防止膠體生成，易于沉淀分離A1(OH)3Fe(OH)3(4)45.0%

【解析】(1)水泥樣品中含有鐵的氧化物。加入鹽酸后的溶液中可能含有Fe3+、Fe2+,Fe?+在pH為4?5時

不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,故加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的

Fe?+氧化為Fe3+；雙氧水是一種強(qiáng)氧化劑，可將Fe?*氧化為F/+,本身被還原為水，不會引入新的雜質(zhì)離

子，故可用雙氧水代替硝酸。

(2)鈣、鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物都能溶于鹽酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不與鹽酸、硝酸反應(yīng)，故沉

淀A的主要成分為SiO2；二氧化硅可與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+

4HF=SiF4t+2H2Oo

(3)Fe3,和A|3+在pH為4?5時可水解生成氫氧化鐵、氫氧化鋁，水解過程中會生成氫氧化鐵膠體和氫氧化

鋁股體，不利于分禽出沉淀，加熱可使膠體聚沉，自利于分高山沉淀，所以加熱可防止肢體的生成，易于

沉淀分離，故沉淀B的主要成分為A1(OH)3、Fe(()H)3o

2+

(4)根據(jù)化合價升降法、電荷守恒和質(zhì)量守恒配平可得：2MnO4+6H+5H2C2O4=2Mn+IOCO2T+8H2O,

設(shè)含鈣的物質(zhì)的量為xmol,由反應(yīng)方程式和鈣元素守恒可得關(guān)系式：

5Ca2+?5H2c2O4?2MnO；

5mol2mol

xmol0.0500moIL-,x36.00xl0-3L

解得x=4.5xl0-3,則0.400g水泥樣品中鈣元素的質(zhì)量為4.5xl(T3moix40g.mo「=0』80g,故該水泥樣品

中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)磷黑%100%=45.0%.

第二部分：最新模擬精練

完卷時間：50分鐘

一、選擇題(每小題只有一個正確選項(xiàng)，共12*5分)

A.傳統(tǒng)陶瓷主要成分是硅酸鹽B.A1N是分子晶體

C.N?發(fā)生氧化反應(yīng)D.反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)

【答案】A

2.（2022?江蘇?模擬預(yù)測）我國擬定于2022年底發(fā)射“愛因斯坦”探針衛(wèi)星，首次填補(bǔ)時域天又觀測和高能

天體物理研究的國際空白。X射線主探器單體結(jié)構(gòu)如圖，下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途不具有對應(yīng)關(guān)系的是

鍍窗

石英玻璃

光電倍增管

光電倍增管減震套

及磁屏蔽罩

A.金屬鉞有延展性，可作主探器的射線窗

B.石英對光線全反射，可作光導(dǎo)材料

C.SiCh屬于原子晶體，可作耐高溫材料

D.Nai、CsI遇光易分解，作為閃爍體

【答案】D

【解析】A.被窗利用了鉞的延展性，將被做成被片，A不選；B.石英對光線全反射，傳導(dǎo)光的能力非常

強(qiáng)，可作光導(dǎo)材料，B不選；C.SiCh屬于原子晶體，熔點(diǎn)很高，可作耐高溫材料，C不選；D.NahCsI

能作為閃爍體的原因是：吸收高能粒子，閃爍體中的電子被激發(fā)躍遷后又回到基態(tài)，釋放光能而發(fā)光，不

涉及化學(xué)變化，即不涉及Nai、CsI的分解，D選：答案選D。

【答案】D

【解析】A.SiCh屬于原子晶體，A正確；B.SiO2難溶于水，在熔融狀態(tài)下也不能導(dǎo)電，屬于非電解質(zhì)，

BE確；C.SiCh屬尸酸性氧化物，能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，C正確；D.SiCh晶體中只含有SiO鍵,

不含Si=O鍵，D錯誤；故選D。

4.（2022.江蘇.模擬預(yù)測）“十四五”工作報告強(qiáng)調(diào)，中國將加速建設(shè)新能源供給消納體系。硅基能源逐步取

代碳基能源的革命，必須舉全國之力破解芯片技術(shù)受制于人的困局。以下說法不正確的是

A.碳基能源主要指煤、石油、天然氣，我國的煤炭資源稟賦優(yōu)于石油

B.硅在地殼中的含量僅次于氧，從沙灘到用戶，硅發(fā)生了還原反應(yīng)

C.半導(dǎo)體工藝中一般需要在晶硅中摻雜第IIIA族與第VA族元素

D.半導(dǎo)體工藝中用刻蝕劑電子級氟化氫可加壓保存在玻璃罐體中

7.(2022?上海?三模)由于石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在石墨烯薄膜上施加較低的電壓(110V)即可產(chǎn)生較高的熱量,

平昌冬奧會“北京8分鐘''主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用石墨烯制作了20C能發(fā)熱5的智能服飾，向世界展現(xiàn)了新時代的中國

形象，下列說法中錯誤的是

A.石墨烯是能導(dǎo)熱的金屬材料

B.石墨烯屬于單質(zhì)

C.石墨烯能導(dǎo)電

D.在石墨烯薄膜上施加電壓，使電能轉(zhuǎn)化為熱能

【答案】A

【解析】A.石墨烯屬于碳單質(zhì)，是能夠?qū)岬姆墙饘俨牧希珹錯誤；B.石墨烯是碳的單質(zhì)，B正確；C.石

墨烯屬于碳單質(zhì)，碳單質(zhì)具有良好的導(dǎo)電性，可以導(dǎo)電，C正確；D.根據(jù)題干信息可知，在石墨烯薄膜上

施加較低的電壓(U0V)即可產(chǎn)生較高的熱量，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，D正確；答案選A。

8.(2022?山東師范大學(xué)附中模擬預(yù)測)部分含碳物質(zhì)的分類與相應(yīng)碳元素的化合價關(guān)系如圖所示。下列說

法錯誤的是

A.固態(tài)p可做制冷劑用于人工降雨

B.p轉(zhuǎn)化為「可通過化合反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)

C.m轉(zhuǎn)化為n或。的反應(yīng)均釋放能量

D.n的一種同素異形體中既存在共價鍵也存在范德華力

【答案】C

【解析】依據(jù)價類二維圖可知：m為甲烷、n為碳單質(zhì)、。為CO、p為CO?、1"為碳酸鹽。A.p為二氧化

碳，可做制冷劑用于人工降雨，A項(xiàng)正確；B.二氧化碳與氧化鈣反應(yīng)生成鹽碳酸鈣，是化合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，B

項(xiàng)正確；C.甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳是放熱反應(yīng)，C項(xiàng)錯誤；D.碳有多種同素異形體，如金剛石、石墨等，

石墨既存在共價鍵也存在范德華力，D項(xiàng)正確；答案選C。

D.通常所說的“從沙灘到用戶”，這句話涉及工業(yè)上制備粗硅的工藝

【答案】A

A.Si在自然界以游離態(tài)存在B.Si和SiC具有優(yōu)良的導(dǎo)電性

【答案】D

【解析】A.硅在自然界中以化合態(tài)存在，而不是游離態(tài)形式存，故A錯誤；B.Si和SiC屬干半導(dǎo)體，導(dǎo)

電能力弱，故B錯誤；C.SiCh能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，而不是不與任何酸反應(yīng)，故C錯誤；D.碳酸的酸性

比硅酸強(qiáng)，則Na2SiO3溶液可與CO2反應(yīng)生成HzSiCh,故D1E確；故選：D。

11.（2022?廣東?模擬預(yù)測）壽山石是中國傳統(tǒng)四大印章石之一，含葉蠟石、高嶺石等黏土礦物。下列說法

錯誤的是

A.壽山石的硬度與金剛石相當(dāng)B.葉蠟石、高嶺石的主要成分屬于硅酸鹽

C.壽山石的紅色條紋與Fe2O3含量有關(guān)D.壽山石印章要避免與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿接觸

【答案】A

【解析】A.已知壽山石是中國傳統(tǒng)四大印章石之一，雕刻印章時通常用鋼刀或金剛石進(jìn)行，故壽山石的硬

度比金剛石小，A錯誤；

B.黏土屬于硅酸鹽，故葉蠟石、高嶺石的主要成分屬于硅酸鹽，B正確；C.FezQ，是一種紅棕色粉末，故

壽山石的紅色條紋與FezCh含量有關(guān)，C正確：D.壽山石中含有鋁硅酸鹽，既能與強(qiáng)酸又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，

故壽山石印章要避免與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿接觸，D正確；故答案為：Ao

12.（2022?天津市咸水沽第一中學(xué)模擬預(yù)測）第24屆冬奧會于2022年2月4日在北京開幕，“科技冬奧”

理念，體現(xiàn)在方方面面。下列說法不正確的是

A.滑雪板板心木質(zhì)材料的主要成分為纖維素，屬于天然有機(jī)高分子

B.開幕式專用演出服為石墨烯智能發(fā)熱材料，屬于新型有機(jī)非金屬材料

C.首鋼滑雪大跳臺的鋼結(jié)構(gòu)賽道為鐵合金，屬于金屬材料

D.“天機(jī)芯”是全球首款異構(gòu)融合類腦計(jì)算芯片，其主要成分是高純硅

【答案】B

【解析】A.木質(zhì)材料的主要成分為纖維素、纖維素屬于天然有機(jī)高分子化合物，A正確；B.石墨烯是碳

單質(zhì)的一種形式，屬于無機(jī)非金屬材料，B錯誤；C.鋼是鐵碳合金，屬于金屬材料，C正確；D.計(jì)算機(jī)

芯片的主要成分是硅，D正確；故答案選B。

二、主觀題（共3小題，共40分）

13.（2022.全國?高三專題練習(xí)）（14分）研究CO?在海洋中的轉(zhuǎn)移和歸縮，是當(dāng)今海洋科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。

⑴溶于海水的CO?主要以4種無機(jī)碳形式存在，其中HCO3占95%。寫出CO?溶于?水產(chǎn)生HCO]的方程式:

（2）在海洋碳循環(huán)中，通過如圖所示的途徑固碳。

鈣化作用

(CH;O),

①寫出鈣化作用的離子方程式：O

②同位素示蹤法證實(shí)光合作用釋放出的02只來自比0。用蜴0標(biāo)記物質(zhì)的光合作用的化學(xué)方程式如下，將

其補(bǔ)充完整：

8

+就（CH2O）X+.PO2+XH2O

（3）海水中溶解無機(jī)碳占海水總碳的95%以上，其準(zhǔn)確測量是研究海洋碳循環(huán)的基礎(chǔ)。測量溶解無機(jī)碳，可

采用如下方法：

①氣提、吸收CO?。用N?從酸化后的海水中吹出CO2并用堿液吸收（裝置示意圖如下）。將虛線框中的裝置

補(bǔ)充完整并標(biāo)出所用試劑。

②滴定。將吸收液吸收的無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為NaHCCh，再用xmol.—HCl溶液滴定，消耗.ymLHQ溶液。海水

中溶解無機(jī)碳的濃度=moIL-'。

【答案】（每空2分）（DCOz+HzO^^H2co3、H2co3^^H++HCO]

（2）①2HCO[+Ca2=CaCO31+CO2t+H2O

②VO22AHJ8O

溶液

：ml.海水〈未酸化）

【解析】（1）CO2溶于水產(chǎn)生HCO；的方程式為COz+HzO^^H2c03、H2co3=^=^H'+HC0，

（2）①根據(jù)題圖找出鈣化作用的反應(yīng)物和生成物，可知發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ca2*+2HCO3=CaCO4+

COzf+HzOo②根據(jù)題圖中光合作用及元素守恒可配平，注意次0的標(biāo)記。

（3）①酸化海水不能用揮發(fā)性的酸，因?yàn)橐肗aOH溶液吸收82,故選用H2s溶液酸化。②NaHCO.，?

HCL海水中溶解無機(jī)碳的濃度為1迦喘鍛‘二=”|]]01.171。

14.（12分）（2022.全國?高三專題練習(xí)）硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)

展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。

⑴新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在此的保護(hù)下，

使SiCL與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：。

（2）一種工業(yè)用硅（含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物），已知硅的熔點(diǎn)是1420℃,高溫下氧氣及水蒸氣能明

顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的主要工藝流程如下：

①凈化N2和H2時，銅屑的作用是,

硅膠的作用是o

②在氮化爐中發(fā)生反應(yīng)3SiCh（s）+2N2（g）=Si3NMs）+3O2（g）AW=-727.5kJ-moF1,開始時，嚴(yán)格控制氮

氣的流速以控制溫度的原因是；

體系中要通入適量的氫氣是為了。

③X可能是________（填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸

【答案】（每空2分）（l）3SiC14+2N2+6H2=Si3N4+l2HCl

（2）①除去原料氣中的氧氣除去生成的水蒸氣

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化成閉，阻礙與N2的接觸將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣,

而易被除去（或?qū)⒄麄€體系中空氣排盡）

③稍酸

【解析】（1）根據(jù)原子個數(shù)守恒可寫出化學(xué)方程式3SiC14+2N2+6H2==Si3N4+l2HCI.（2）①由于氧氣和水蒸

氣都能腐蝕氮化硅，而氮?dú)夂蜌錃庵泻兴魵夂脱鯕?，所以銅屑的作用是除去氧氣，硅膠的作用是除去

水蒸氣。②因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，如果溫度過高，局部過熱，會導(dǎo)致硅熔化成團(tuán)，阻礙與N2的接觸；通

入氫氣能將體系中的氯氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去。③由于工業(yè)用硅中含有銅的氧化物，在反應(yīng)中氧化

銅能被還原生成銅，因此要除去銅應(yīng)該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，